一种改性硅酸盐注浆加固材料制造技术

本发明专利技术公开了一种改性硅酸盐注浆加固材料，由A、B两组分组成，使用时两者混合比例为1：1两者组成成分为：A组分(按重量分数计)：水玻璃70～80份，二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)45～50份，表面活性剂2～3.5份；B组分(按重量分数计)：聚醚多元醇树脂35～45份，增塑剂15～25份，催化剂2～3份，促进剂1.0～2.0份。本发明专利技术的改性硅酸盐注浆加固材料可注性好，应用范围广泛，固化速度可调，既可实现危险结构体的快速加固处理，也可满足浆液流动性的需求，固化后固化体强度高，柔韧性好，对碎裂岩体的粘结性能好，固化后加固体性质稳定，完全满足地下工程安全施工的要求，同时本材料属绿色环保新型材料，对环境无影响。制备步骤简单、操作方便、实用性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地下工程注浆加固材料研发领域，具体涉及一种改性硅酸盐注浆加固材料。
技术介绍
在隧道等地下工程施工过程中，施工扰动会对其周边软弱地质体产生较大的影响，如不采取措施会造成巨大的工程灾害，影响施工的正常进行。通过向周边软弱地质体注入加固材料，将碎裂围岩粘结到一起，是一种较为常用的提高工程址区围岩的承载力的措施。在注浆加固材料中，水玻璃注浆加固材料因其成本低廉、渗透性好、成分简单的优点而应用广泛。但经过大量的工程实践发现，水玻璃注浆加固材料的粘结力较差，固化后加固体强度较低，韧性差有时难以满足工程需求，部分未反应水玻璃会发生析出现象，导致加固体脱水收缩，严重影响加固区的使用寿命，耐久性较差，后期影响到工程安全。
技术实现思路
为了克服现有水玻璃注浆加固材料强度低、韧性差、粘结力弱及耐久性差的问题，本专利技术提供一种强度高、韧性好、渗透性好、粘结性能强、耐久性好且在地下水丰富的环境中性能也较出色的改性硅酸盐注浆加固材料。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种改性硅酸盐注浆加固材料，其特征在于，包括A、B两组分；A组分由如下重量份的原料组成：水玻璃70～80份、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)45～50份、表面活性剂2～3.5份；B组分由如下重量份的原料组成：聚醚多元醇树脂35～45份、增塑剂15～25份、催化剂2～3份、促进剂1.0～2.0份。所述A组分：B组分的体积比为1：1。本专利技术中反应物料A中加入了无机硅酸盐类，增加浆体的稳定性及结石率。另外，硅酸盐本身具有很好的阻燃性，当其与聚醚多元醇树脂复配后，在固化物受热炭化后，更易在其表面形成炭化层，起到阻断氧气而阻燃的作用，赋予注浆加固材料更好的阻燃、耐高温性能。当水玻璃的份数小于70时，改性硅酸盐注浆加固材料的稳定性和结石率较低；当水玻璃的份数大于80时，注浆加固材料流动性不佳、耐久性、渗透性下降。优选的，所述A组分由如下重量份的原料组成：水玻璃70～75份、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)45～50份、表面活性剂2～2.5份；所述B组分由如下重量份的原料组成：聚醚多元醇树脂40～45份、增塑剂21～25份、催化剂2.3～3.0份、促进剂1.5～2.0份。研究中偶然发现：在主料为硅酸钠的水玻璃中加入适量的硅酸钾可以提高单纯硅酸钠水玻璃的粘性，增强其抗老化性能，提高耐久性。因此，本专利技术优选的水玻璃为硅酸钠与硅酸钾的混合物，其混合比例为3：1(质量比)。优选的，所述硅酸钠为液态硅酸钠，其波美度为40～50°，模数为2.2～3.0，固体总含量为35.80～36.19％。水玻璃在空气中的凝结固化主要通过碳化和脱水结晶固结两个过程来实现。随着碳化反应的进行，硅胶含量增加，接着自由水分蒸发和硅胶脱水成固体而凝结硬化，但由于空气中CO2浓度低，故碳化反应及整个凝结固化过程十分缓慢。而异氰酸酯能与水反应生成胺和CO2；因此，本专利技术中优选硅酸钠为液态硅酸钠，利用MDI与水的反应放出CO2，加速水玻璃的固化，提高注浆加固材料硬化后的抗拉强度和抗张强度。优选的，所述表面活性剂为α-烯基磺酸钠、α-磺基脂肪酸甲酯的混合物，两者混合比例为1：1(质量比)。优选的，所述增塑剂为柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯中的一种或两者的混合物。优选地，采用两者的混合物，其混合比例为1～3：1(质量比)。优选的，所述催化剂由甲类催化剂和乙类催化剂两部分组成，两者体积比为1:1；其中，所述甲类催化剂为二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡；所述乙类催化剂为三乙胺、固胺、吡啶或二甲基乙醇胺。在实际工程中，可通过调节所述催化剂的含量来对本材料的固化速度进行调节，以满足不同工程的需求。优选的，所述促进剂为三乙醇胺、二甲基苯胺、2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚、2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚的三-2-乙基己酸盐，2,4,6-三(二甲基氨基甲基)苯酚的三油酸盐、三苯基膦、甲基四氢苯酐和咪唑中的一种以上。本专利技术还提供了一种改性硅酸盐注浆加固材料的制备方法，包括：A组分、B组分的各成分通过混合搅拌后成为两种均相的液体，使用时A组分和B组分按体积比1:1通过双液泵混合灌注到需要加固的位置即可。本专利技术中任一项所述的改性硅酸盐注浆加固材料皆可用于危险结构体的快速加固、隧道等地下工程施工，加固效果较优，达到了国家和国际相关标准的要求。通过一系列注浆加固试验，可知本改性硅酸盐注浆加固材料可达到以下性能指标：固化时间控制在30s～15min，实现快速加固，加固体抗压强度可达45MPa以上，可对0.15mm裂缝进行注浆加固操作，粘结性能，在地下水丰富地区其加固体抗压强度也可达到42MPa以上，可有效确保工程安全。本专利技术的有益效果①本改性硅酸盐注浆加固材料固化强度可达到45MPa以上，固结体抗压强度极高，韧性好，即使在地下水发育极其丰富的地层中，其加固强度也可达到42MPa以上，可完全满足现有大部分工程需求；②本材料固化速度可调，既可实现危险结构体的快速加固处理，也可满足注浆速度缓慢时保证浆液流动性的要求；③本注浆材料(即指注浆加固材料)可注性好，应用范围广泛；④本加固材料对碎裂岩体的粘结性能好，可有效连接待加固部分，明显增强待加固各部分的连接，显著提高待加固体强度；⑤本材料性能稳定，不会发生原材料析出现象，避免缩水现象的发生，加固体耐久性良好；⑥本改性硅酸盐注浆加固材料属绿色环保新型材料，注入地层后，对环境无影响，环保要求完全达标。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：实施例1按照以下比例配制改性硅酸盐注浆加固材料：A组分：B组分：A组分、B组分的各成分通过混合搅拌后成为两种均相的液体，使用时A组分和B组分按体积比1:1通过双液泵混合灌注到需要加固的位置即可。实施例2按照以下比例配制改性硅酸盐注浆加固材料：A组分：B组分：A组分、B组分的各成分通过混合搅拌后成为两种均相的液体，使用时A组分和B组分按体积比1:1通过双液泵混合灌注到需要加固的位置即可。实施例3按照以下比例配制改性硅酸盐注浆加固材料：A组分：B组分：A组分、B组分的各成分通过混合搅拌后成为两种均相的液体，使用时A组分和B组分按体积比1:1通过双液泵混合灌注到需要加固的位置即可。下表为实施例1-3制得本专利技术产品的性能指标。编号固化时间(s)反应温度(℃)固结体强度(MPa)11208551.12629258.331318249.9最后应该说明的是，以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。上述虽然对本专利技术的具体实施方式进行了描述，但并非对本专利技术保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本专利技术的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本专利技术的保护范围以内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性硅酸盐注浆加固材料，其特征在于，包括A、B两组分；A组分由如下重量份的原料组成：水玻璃70～80份、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)45～50份、表面活性剂2～3.5份；B组分由如下重量份的原料组成：聚醚多元醇树脂35～45份、增塑剂15～25份、催化剂2～3份、促进剂1.0～2.0份、所述A组分：B组分的体积比为1：1。

【技术特征摘要】
1.一种改性硅酸盐注浆加固材料，其特征在于，包括A、B两组分；A组分由如下重量份的原料组成：水玻璃70～80份、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)45～50份、表面活性剂2～3.5份；B组分由如下重量份的原料组成：聚醚多元醇树脂35～45份、增塑剂15～25份、催化剂2～3份、促进剂1.0～2.0份、所述A组分：B组分的体积比为1：1。2.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述A组分由如下重量份的原料组成：水玻璃70～75份、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)45～50份、表面活性剂2～2.5份；所述B组分由如下重量份的原料组成：聚醚多元醇树脂40～45份、增塑剂21～25份、催化剂2.3～3.0份、促进剂1.5～2.0份。3.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述水玻璃为硅酸钠与硅酸钾的混合物，其混合比例为3：1。4.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述硅酸钠为液态硅酸钠，其波美度为40～50°，模数为2.2～3.0，固体总含量为35.80～36.19％。5.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述表面活性剂为α-烯基磺酸钠、α-磺基脂肪...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁娜，李树忱，谢璨，戴洪伟，赵世森，张哲，丁奎，陈健，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37